figure

Features of oil refining

В этой статье мы хотим рассказать о некоторых способах и технологии, используемой при переработке нефти. Нефтью называют разновидность полезного ископаемого, нерастворимой в воде маслянистой жидкости, которая может быть как темно-бурой, так и практически бесцветной.

Нефть

Зависимость способа переработки от состава нефти

Выбор способов для переработки нефти соответствует ее свойствам и процентному соотношению углеводородов, отличающемуся в зависимости от месторождения. Например, в расположенном на территории Сибири Соснинском месторождении процентная доля алканов (парафиновой группы) достигает 52%, циклоалканов – 36%, ароматических углеводородов – 12%. Для нефти Ромашкинского месторождения, расположенного на территории Татарстана, характерно другое соотношение: процентная доля ароматических углеводородов и алканов достигает более 18% и 55% соответственно, доля циклоалканов не превышает 25%.

Кроме углеводородов, нефть может состоять из  сернистых, азотных соединений, минеральных примесей и др. Впервые переработку нефти осуществили на российской территории в 1745 году. Использование данного природного ископаемого в сыром виде не практикуется. Переработку нефти выполняют первичными или вторичными методами, чтобы получить комплекс продуктов, обладающих технической ценностью (растворителей, моторных топлив, компонентов для химических производств). Попытки по преобразованию данного сырья начались еще в восемнадцатом веке. Тогда население пользовалось свечами и лучинами, а для лампад в некоторых церквях пользовались так называемым «гарным маслом», специальной смесью очищенной нефти с растительным маслом.

Способы очистки нефти

В процедуру переработки нефти нередко ее очистка не входит. Очистка производится, скорее, на предварительном этапе, включающем:

  • Химическую очистку, состоящую в воздействии на нефть с помощью олеума и концентрированной серной кислоты. На этом этапе осуществляется удаление ароматических и непредельных углеводородов.
  • Адсорбционную очистку. Она необходима для удаления из нефтепродуктов смол и кислот. На этом этапе выполняют обработку с помощью горячего воздуха или пропуска нефти сквозь сорбент.
  • Каталитическую очистку. Речь идет о мягкой гидрогенизации, посредством которой удаляются азотистые и серные соединения.
  • Физико-химическую очистку. На данном этапе используются растворители для избирательного выделения лишних составляющих. К примеру, использование полярного растворителя фенола необходимо для того, чтобы удалить азотистые и сернистые соединения. Использование неполярных растворителей – бутана и пропана – необходимо для выделения гудронов, ароматических углеводородов и пр.

Отсутствие химических изменений

При переработке нефти с помощью первичных процессов исходное сырье не подвергается химическим превращениям. Происходит простое разделение полезного ископаемого на несколько составляющих компонентов. Изобретение первого устройства для перегонки нефти произошло в 1823 году, и принадлежит эта идея Российским специалистам, братьям Дубининым. Они установили нагревающуюся печь внутрь котла, с помощью трубы соединили ее с бочкой, заполненной холодной водой, и пустой емкостью. В котле происходил нагрев нефти, которая, проходя по трубе сквозь «холодильник», теряла температуру и осаждаясь.

Современная подготовка сырья

На предприятиях нефтеперерабатывающих комплексов сегодня технологический процесс, связанный с переработкой нефти, дополнительно состоит из очистки, заключающейся в обезвоживании сырья с помощью устройств «ЭЛОУ» (электрообессоливающих установок), освобождении от легких углеродов (С1 – С4) и механических примесей. Затем сырье перерабатывается с помощью атмосферной перегонки или вакуумной дистилляции.

Принцип действия производственного оборудования для атмосферной перегонки во многом схож с схемой, используемой в 1823 году. Правда, кардинально изменилась конструкция установки для переработки нефти. Печи, установленные на предприятиях, своими размерами схожи с домами без окон. Для их строительства пользуются самым лучшим огнеупорным кирпичом. Нефть внутри этих сооружений перемещается по многокилометровым трубам, причем на большой скорости, около 2 метров в секунду, подогреваясь максимум до 325 градусов С. Для подогрева сырья применяют большую форсунку. При более высокой температуре может происходить элементарное разложение углеводородов. Вместо трубы, с помощью которой осуществляли конденсацию и охлаждение паров, в наше время пользуются ректификационными колоннами, высотой до 40 метров. В них происходит разделение и конденсация паров. Приемка получаемых продуктов осуществляется с помощью целых городков, выстроенных из различных резервуаров.

Что называют материальным балансом?

При переработке нефти на российских предприятиях происходит несколько разных материальных балансов, связанных с атмосферной перегонкой сырья на том или ином месторождении. Материальный баланс означает наличие разных пропорций, определяющих бензиновую, керосиновую, дизельную фракцию, а также фракцию сопутствующего газа и мазута.  Например, пропорции выхода газа и потерь при добыче нефти на западносибирских месторождениях достигают соответственно около 1 процента. Пропорции бензиновых фракций, выделяющихся при диапазоне температур от 62-х до 180-ти градусов С, составляют примерно 19%, керосиновых – примерно 9,5%, дизельной фракции – примерно 19%, мазута – около 50%, выделяемых при температуре в диапазоне от 240-ка до 350-ти градусов С.

Весь ассортимент полученных материалов проходит практически во всех случаях дополнительную обработку, из-за несоответствия требованиям эксплуатации, определенным для двигателей машин.

Уменьшение количества отходов на производстве

В основе вакуумной переработки нефти лежит принцип закипания веществ, для которого требуется более низкая температура и пониженное давление. К примеру, кипение некоторых углеводородов в нефти начинается при атмосферном давлении и температуре 450 градусов С. Хотя кипение может начаться и при 325 градусах С, если добиться понижения давления.

Для проведения процедуры вакуумной обработки сырья предприятия пользуются роторными вакуумными испарителями, предназначенными для увеличения скорости перегонки и получения из мазута церезинов, парафинов, топлива, масел, а также тяжелого остатка (гудрона), а также для получения битума. При вакуумной дистилляции, в сравнении с атмосферной переработкой, остается гораздо меньше отходов. А использование вторичной переработки эффективно для получения качественных бензинов, особенно в сравнении с другими технологиями.

Изобретение вторичного процесса переработки нефти было необходимо для увеличения получаемого из исходного сырья количества моторного топлива. Благодаря правильному воздействию на нефтяные углеводороды их формулы становятся более соответствующими окислению. Вторичная обработка состоит из различных типов «крекинга»: гидрокрекинга, термического и каталитического варианта.

Идея изобретения этого процесса принадлежит также российскому инженеру В.Шухову, реализованная в 1891 году. Технология процесса заключается в расщеплении углеводородов до тех форм, которые имеют меньшее количество в 1-ой молекуле атомов углерода. Для переработки газа и нефти необходима температура, примерно равная 600 градусам С.

Функционирование крекинг-заводов осуществляется по принципу, аналогичному установкам атмосферного давления, используемым на вакуумных производствах. Процесс обработки сырья (зачастую мазута) происходит при температуре около 600 градусов С. Благодаря такому воздействию углеводороды, находящиеся в составе мазутной массы, распадаются не несколько более мелких, входящих в состав того же керосина или бензина. В основе термического крекинга находится обработка с помощью высоких температур. Данная технология позволяет получать бензин, имеющий большее количество примесей. В основе каталитического крекинга лежит также температурная обработка, но при этом добавляют катализаторы (например, специальную глиняную пыль), позволяющую существенно повысить качество бензина.

Основные виды гидрокрекинга

Процесс добычи и переработки нефти может состоять из различных видов гидрокрекинга, состоящих из комбинации:

  • процессов гидроочистки;
  • расщепления молекул углеводородов и образования более мелких;
  • насыщения водородом непредельных углеводородов.

Технология легкого гидрокрекинга, проходящего при давлении 5МПа, температуре примерно 400 градусов С, состоит в использовании одного реактора. Она используется для получения, преимущественно, дизельного топлива и материала для каталитического крекинга.

Технология жесткого крекинга, проходящего при давлении 10 МПа, температуре примерно 400 градусов С, состоит из нескольких реакторов, и применяется для получения дизельных, бензиновых и керосиновых фракций.

Использование каталитического гидрокрекинга эффективно для изготовления некоторых масел, имеющих высокий коэффициент вязкости и небольшое содержание сернистых и ароматических углеводородов.

Технология вторичной переработки нефти эффективно также для использования следующих технологических процессов:

1. Висбрекинга. Это метод получения из сырья вторичных асфальтенов, углеводородных газов и бензина, проходящий при температуре ниже 500 градусов С и давлении от 0,5 до 3-х МПа, при котором происходит расщепление нафтенов и парафинов.

2. Коксования нефтяных остатков тяжелого типа. Речь идет о глубокой переработке нефти, заключающейся в обработке сырья при температуре около 500 градусов С и давлении 0,65 МПа, благодаря которой получают нефтяной кокс и газойлевые компоненты. В завершение этапов процессе получают «коксовый пирог», а все этапе заключаются в уплотнении, поликонденсации, ароматизации, циклизации, дегидрировании и крекинге. Помимо этого, продукция проходит стадии высушивания и прокаливания.

3. Риформинга.Идея изобретения данного способа переработки нефтепродуктов принадлежит российскому инженеру Н.Зелинскому, реализовавшему ее в 1911 году. Сегодня использование каталитического риформинга предназначено для получения из бензиновых и лигроиновых фракций высококачественных ароматических углеводородов и бензинов, а также водородосодержащего газа, который проходит последующую обработку в гидрокрекинге.

4. Изомеризации.

Благодаря переработке газа и нефти данным способом возникает возможность для получения из химических соединений изомера в связи с изменениями углеродного скелета вещества. Низкооктановые компоненты нефти используются для выделения высокооктановых компонентов и образования товарных бензинов.

5. Алкилирования. По технологии данного процесса алкильные замещающие встраиваются в органическую молекулу. Следовательно, непредельные углеводородные газы используются для получения ингредиентов высокооктановых бензинов.

Соответствие евростандартам

Отметим постоянное совершенствование на НПЗ технологий, применяемых при переработке газа и нефти. Для отечественных предприятий характерен рост эффективности при переработке сырья. Речь идет о следующих параметрах: глубине переработки, увеличении отбора светлых нефтепродуктов, снижении безвозвратных потерь и др.

Планы многих предприятий в течение 10-х – 20-х годов 21 первого века состоят в дальнейшем увеличении глубин переработки (вплоть до 88%), повышении качества выпускаемой продукции и достижении евростандартов, а также снижении техногенных воздействий на состояние окружающей среды.